第三章 4 波的反射与折射-【导与练】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步全程学习全书word（新教材，教科版）

4　波的反射与折射 [学习目标] 1.知道什么是波面和波线。 2.认识波的反射现象并知道反射定律。 3.认识波的折射现象并知道折射定律。 知识点一　波的反射现象 1.波的反射:波在传播的过程中,遇到两种介质的界面时返回到原介质继续传播的现象叫作波的反射。 2.波面:波在传播过程中,相位相同的点组成的面,称为波阵面,简称“波面”。 3.波线:表示波的传播方向,波线与波面垂直,它相当于光学中的“光线”。 4.反射定律:如图所示,机械波在两种介质的界面处发生反射,反射波线与入射波线和法线位于同一平面内,反射波线与入射波线位于法线两侧,反射角等于入射角。反射波线的波长、频率和波速都与入射波线相同。 知识点二　波的折射现象 1.概念:波在传播过程中,从一种介质进入另一种介质时,波传播的方向发生偏折的现象叫作波的折射。 2.水波从深水区进入浅水区时,其波长变小。这是因为水波在传播过程中,频率保持不变,但水波在深水区的传播速率比在浅水区快,所以水波在深水区传播时的波长比在浅水区时长。 1.思考判断 (1)入射波面与法线的夹角为入射角。(　×　) (2)波线与波面互相垂直,一定条件下由波面可确定波线,由波线也可确定波面。(　√　) (3)入射角跟反射角相等。(　√　) (4)波发生反射时,波的频率不变,波速变小,波长变短。(　×　) (5)任何波的波线都表示波的传播方向。(　√　) (6)波发生折射时,波的频率、波长、波速均发生变化。(　×　) 2.思维探究 (1)把一颗石子投到平静的池塘里,会激起一圈圈起伏不平的水面波向周围传播,你知道向四面八方传播的波峰(波谷)为什么组成一个个圆形吗? 答案:因为水波由波源向周围传开,由于向各个方向的波速都一样,所以向四面八方传播的波峰(波谷)组成一个个圆。 (2)人们听不清对方说话时,除了让一只耳朵转向对方,还习惯性地把同侧的手附在耳旁(如图),这样做是利用声波的什么特点提高耳朵的接收能力? 答案:在耳郭原有形状、面积的基础上增加一个手的面积是为了增加波的反射面积来提高耳朵的接收能力。 要点一　波的反射 　在空旷的山谷中对着山崖喊,能听到回声,夏日的雷声轰鸣不绝,在空房间里讲话感觉声音很响,这些都是我们身边常见到的现象,那么产生这些现象的原因是什么呢? 答案:声波的反射。 对波的反射的理解 (1)波发生反射时波的传播方向发生了变化。 (2)反射波和入射波在同一介质中传播,介质决定波速,因此波速不变,波的频率是由波源决定的,因此波的频率也不改变,根据公式λ=,可知波长也不改变。 [例1] 某物体发出的声音在空气中的波长为1 m,波速为340 m/s,在海水中的波长为4.5 m。 (1)该波的频率为　　　　 Hz,在海水中的波速为　　　　 m/s。  (2)若物体在海面上发出的声音经过0.5 s听到回声,则海水深度为多少? (3)若物体以5 m/s的速度由海面向海底运动,则经过多长时间听到回声? 解析:(1)由f=得 f= Hz=340 Hz, 因波的频率不变,则在海水中的波速 v海=fλ′=340×4.5 m/s=1 530 m/s。 (2)入射声波和反射声波用时相同,则海水深度h=v海=1 530× m=382.5 m。 (3)物体与声音运动的过程示意图如图所示,设听到回声的时间为t′,则v物t′+v海t′=2h, 代入数据解得t′≈0.498 s。 答案:(1)340　1 530　(2)382.5 m (3)0.498 s (1)利用回声测定距离时,要特别注意声源是否运动,若声源运动,声源发出的原声至障碍物再返回直到听到回声的这段时间与声源的运动时间相同。 (2)解决波的反射问题,关键是根据物理情景规范作出几何图形,然后利用几何知识结合物理规律进行解题。 [针对训练1] 当一个探险者进入一个山谷后,为了估测出山谷的宽度,他吼一声后,经过0.5 s听到右边山坡反射回来的声音,又经过1.5 s后听到左边山坡反射回来的声音,若声速为340 m/s,则这个山谷的宽度约为(　C　) A.170 m B.340 m C.425 m D.680 m 解析:右边的声波从发出到反射回来所用的时间t1=0.5 s,左边的声波从发出到反射回来所用的时间t2=2 s。山谷的宽度s=v(t1+t2)=×340×2.5 m=425 m,故C正确。 要点二　波的折射 　水波以一定的入射角由浅水区射入深水区,已知浅水区波速v1小于深水区的波速v2,试问折射线是折向法线还是折离法线? 答案:浅水区和深水区可看成两种介质,当波从浅水区射向深水区波的传播方向要发生变化。因为v1<v2,所以由折射定律 = 知道,sin θ1<sin θ2,折射线折离法线。 1.波的反射、折射现象中各量的变化 比较项目 波的反射 波的折射 传播方